# 几何结构优化和振动分析 ## 输入文件 和推理任务的[输入文件](./inference.md#输入文件)要求相同，也支持连续文件，虽然处理的时候是一个一个处理的。 ## 结构优化 几何结构优化的功能是使用 [PySCF](https://pyscf.org/) 提供的 [geomeTRIC](https://geometric.readthedocs.io/en/latest/index.html) 库的接口实现的。命令如下： ```shell xeq opt -c .pt -in .xyz ``` 其他相关的命令行参数为 - `--ckpt` / `-c`：模型检查点文件名 - `--device`：`cuda` 或 `cpu`，默认会检查是否有可用的 GPU，有的话使用 `cuda`，没有的话使用 `cpu` - `--input` / `-in`：输入文件名 - `opt-params`：这个是用一个 `.json` 文件来设定优化的选项，具体的参数可以看[优化选项](https://geometric.readthedocs.io/en/latest/options.html#optimization-parameters) - `constraints`: 设定限制性优化的文件，具体可以看[限制性优化](https://geometric.readthedocs.io/en/latest/constraints.html) （上述两个选项设置的不是很好，要设定这些设定还是比较麻烦的，希望能提供一些建议，怎么传入这些参数比较好） - `--max-steps`：最大优化迭代次数 - `--delta` / `-d`：Δ-ML 模型用的底层的半经验方法，可选项：`gfn2-xtb`, `gfn1-xtb` ## 振动分析 一般来说振动分析是跟在结构优化后面的，所以完整的命令如下： ```shell xeq opt -c .pt -in .xyz --freq ``` 具体的相关命令行参数如下： - `--freq`：是否进行振动分析 - `--temp` / `-T`：振动分析使用的温度，默认为 298.15 K - `--no-opt`：不进行结构优化，直接振动分析，但是要小心虚频 - `--shermo`：是否保存成 [Shermo](http://sobereva.com/soft/shermo/) 的输入文件用于 Quasi-harmonic 分析 - `--save-hessian`：是否保存 Hessian 矩阵 - `--verbose` / `-v`：是否打印详细的振动分析的结果 ## 示例 首先准备模型文件，我们用在 SPICE 上训练的模型 `xpainn-spice-v1.pt`，模型可以在 [Zenodo 链接](https://zenodo.org/records/14676636)下载。简单起见，我们拿水分子作为例子，输入文件 `water.xyz` 如下： ``` 3 O 0.00000 0.01840 -0.00000 H -0.00000 -0.53835 0.78304 H 0.00000 -0.53835 -0.78304 ``` 执行命令，给能开的选项都打开： ```shell xeq opt -c xpainn-spice-v1.pt -in water.xyz --freq --shermo --save-hessian --verbose ``` 过程中 geomeTRIC 程序会在标准输出流打印优化的详细过程。结束后会出现如下文件。首先是 `water_opt.xyz`，为优化完成后的结构。 ``` 3 Energy: -0.4127226288 Hartree O -0.000000 0.051452 -0.000000 H 0.000000 -0.554876 0.750175 H -0.000000 -0.554876 -0.750175 ``` 然后是 `water_freq.log`，记录了振动分析的信息。 ``` XequiNet Frequency Calculation Mode 0 1 2 Irrep Freq [cm^-1] 1570.3419 4068.7545 4175.7368 Reduced mass [au] 1.0719 1.0557 1.0796 Force const [Dyne/A] 1.5574 10.2973 11.0917 Char temp [K] 2259.3723 5854.0318 6007.9556 Normal mode x y z x y z x y z 0 O -0.00 0.06 -0.00 -0.00 -0.05 0.00 0.00 0.00 0.07 1 H -0.00 -0.50 -0.46 0.00 0.44 -0.53 -0.00 0.43 -0.53 2 H 0.00 -0.50 0.46 0.00 0.44 0.53 0.00 -0.43 -0.53 temperature 298.1500 [K] pressure 101325.00 [Pa] Rotational constants [GHz] 910.64198 408.84509 282.16381 Symmetry number 2 Zero-point energy (ZPE) 0.02236 [Eh] 58705.739 [J/mol] tot elec trans rot vib Entropy [J/mol/K] 188.456 0.000 144.804 43.615 0.037 Cv [J/mol/K] 25.188 0.000 12.472 12.472 0.245 Cp [J/mol/K] 33.502 0.000 20.786 12.472 0.245 Internal energy [J/mol] 3718.434 3718.434 58715.355 Internal energy [Eh] -0.38753 -0.41272 Enthalpy [J/mol] 6197.391 3718.434 58715.355 Gibbs free energy [J/mol] -36975.931 -9285.410 58704.471 Gibbs free energy [Eh] -0.40798 ``` 然后还有 Shermo 输入文件 `water_freq.shm`，和 Hessian 矩阵 `water_h.txt`，可以直接用 NumPy 读。